ZPW—2000G軌道電路監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

譚愛青

【摘 要】ZPW-2000G監(jiān)測子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對每個軌道區(qū)段重要電氣參數(shù)的采集和計算，按照與微機(jī)監(jiān)測站機(jī)通信協(xié)議，將所有區(qū)段參數(shù)統(tǒng)一由采集處理器將數(shù)據(jù)組包后通過以太網(wǎng)接口傳輸給微機(jī)監(jiān)測站機(jī)。為了使監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定可靠的應(yīng)用效果，需要采取針對過渡過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)冗余過濾的技術(shù)手段。鐵路電務(wù)部門可以通過微機(jī)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)查詢到管轄區(qū)內(nèi)每個軌道區(qū)段的工作狀態(tài)和電氣參數(shù)。

【Abstract】ZPW-2000G monitoring subsystem realizes the collection and calculation of electrical parameters for each section of the track， according to machine communication protocol and microcomputer monitoring station， all processors will be unified by the section parameters acquisition data packets after transmission to the PC through the Ethernet interface monitoring station. In order to make the monitoring data achieve stable and reliable application effect， we need to take the redundant monitoring data filtering technology for the transition process. Railway departments can query through the network to the computer monitoring within the jurisdiction of each track section of the working state and the electrical parameters.

【關(guān)鍵詞】ZPW-2000G；監(jiān)測子系統(tǒng)；冗余過濾

【Keywords】ZPW-2000G； monitoring subsystem； redundancy filtering

【中圖分類號】U284.2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0151-02

1 概述

采集和計算，采集處理器負(fù)責(zé)向所有采集終端發(fā)送監(jiān)測命令幀及收集所有采集終端的監(jiān)測數(shù)據(jù)，按照與微機(jī)監(jiān)測站機(jī)通信協(xié)議將所有區(qū)段的參數(shù)統(tǒng)一由采集處理器將數(shù)據(jù)組包后通過以太網(wǎng)或RS422串行接口傳輸給微機(jī)監(jiān)測站機(jī)[1]。將站場管轄的全部ZPW-2000G軌道區(qū)段的電氣參數(shù)值（包含模擬量和開關(guān)量）進(jìn)行采集計算，采用冗余過濾的數(shù)據(jù)處理措施保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性，并定時向微機(jī)監(jiān)測站機(jī)發(fā)送全部軌道區(qū)段的參數(shù)值，鐵路電務(wù)部門可以通過微機(jī)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)查詢到管轄區(qū)內(nèi)每個軌道區(qū)段的工作狀態(tài)和電氣參數(shù)。

ZPW-2000G電碼化系統(tǒng)的采集終端有采集發(fā)送檢測器，能夠采集并計算出兩臺發(fā)送器的功出電壓、功出電流、載頻頻率、低頻頻率，還有發(fā)送報警繼電器狀態(tài)、發(fā)送電源等開關(guān)量值。

ZPW-2000G軌道電路系統(tǒng)的采集終端有衰耗器、分線盤采集器，能夠采集并計算出發(fā)送器功出電壓、功出電流、載頻頻率、低頻頻率，受端軌入/軌出的主軌/小軌信號的電壓、載頻、低頻信號，送端電纜側(cè)電壓、電流、載頻、低頻，受端電纜側(cè)主軌/小軌電壓、載頻、低頻，開關(guān)量有發(fā)送報警繼電器、發(fā)送電源、接收電源、接收報警、軌道繼電器狀態(tài)、小軌狀態(tài)、小軌檢查條件、正向/反向復(fù)示等。

當(dāng)軌道區(qū)段狀態(tài)發(fā)生變化時，例如代表行車許可的低頻信號發(fā)生變化、軌道區(qū)段占用或出清等，采集終端的采集和計算包含了變化時的過渡過程數(shù)據(jù)，有很高的概率會出現(xiàn)異常過渡數(shù)據(jù)，但很快會在大約1至2秒時間之后，就又能得到穩(wěn)定和可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)。由此，短時間過渡過程中的異常監(jiān)測數(shù)據(jù)屬干擾監(jiān)測數(shù)據(jù)，理應(yīng)進(jìn)行濾除，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠性。

2 軌道區(qū)段參數(shù)值采集和計算

采用離變壓的方式進(jìn)行處理，前置分壓采樣電阻選用高精度寬溫參數(shù)指標(biāo)[2]，以此保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的測量精度和一致性要求。

DSP根據(jù)移頻信號的特征，電壓計算采用時域的均方根算法，使用連續(xù)4096點(diǎn)或8192點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)計算實(shí)時電壓，實(shí)時性好，計算精度高。頻率計算采用縮放ZFFT算法，首先對連續(xù)采樣的4096點(diǎn)數(shù)據(jù)（0.5s）進(jìn)行FFT計算，然后再從四種基準(zhǔn)載頻范圍內(nèi)，找出能量最大的頻點(diǎn)，取左右各64點(diǎn)，進(jìn)行IFFT逆計算，再補(bǔ)零擴(kuò)充至4096點(diǎn)進(jìn)行FFT計算，最后根據(jù)能量值找出五根峰值即中心峰、左右對稱的一次側(cè)峰及二次側(cè)峰；中心峰對應(yīng)的頻點(diǎn)為載頻頻率值，中心峰與一次側(cè)峰間或同側(cè)一次側(cè)峰與二次側(cè)峰間的間隔即為低頻頻率值。

開關(guān)量的采集均通過光耦隔離器進(jìn)行采樣隔離，以保證監(jiān)測功能對主設(shè)備功能的影響降至最低[3]。采集到的“0或1”高低電平表征相關(guān)繼電器的吸落、直流電源的有無。

①采集發(fā)送檢測器采集和計算。采集發(fā)送檢測器需要對模擬量和開關(guān)量分別進(jìn)行采集和計算，模擬量有發(fā)送器的功出電壓、功出電流、載頻頻率、低頻頻率；開關(guān)量有發(fā)送報警繼電器狀態(tài)、發(fā)送電源。電壓計算采用時域的均方根算法，頻率計算采用縮放ZFFT算法，開關(guān)量采集通過光耦隔離器實(shí)現(xiàn)隔離采樣。② 衰耗器采集和計算。需要采集和計算的模擬量有發(fā)送器功出電壓、功出電流、載頻頻率、低頻頻率，受端軌入/軌出的主軌/小軌信號的電壓、載頻、低頻信號；開關(guān)量有發(fā)送報警繼電器、發(fā)送電源、接收電源、接收報警、軌道繼電器狀態(tài)、小軌狀態(tài)、小軌檢查條件、正向/反向復(fù)示等。電壓計算采用時域的均方根算法，頻率計算采用縮放ZFFT算法，開關(guān)量采集通過光耦隔離器實(shí)現(xiàn)隔離采樣。③ 分線盤采集器采集和計算。需要采集和計算的模擬量有送端電纜側(cè)電壓、電流、載頻、低頻，受端電纜側(cè)主軌/小軌電壓、載頻、低頻[4]。電壓計算采用時域的均方根算法，頻率計算采用縮放ZFFT算法。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的冗余過濾處理

對于軌道區(qū)段狀態(tài)發(fā)生變化的過程中產(chǎn)生的過渡性監(jiān)測數(shù)據(jù)，屬干擾類監(jiān)測數(shù)據(jù)，理應(yīng)進(jìn)行濾除，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

只有采集終端處理器每周期運(yùn)行結(jié)果的實(shí)時計算數(shù)據(jù)持續(xù)2s時間均超出歷史數(shù)據(jù)的允許偏差范圍，才認(rèn)為信號確實(shí)發(fā)生了變化，此時才將歷史數(shù)據(jù)更新為實(shí)時計算數(shù)據(jù)，同時有效監(jiān)測數(shù)據(jù)更新為實(shí)時計算數(shù)據(jù)。如果在允許偏差范圍之內(nèi)，不更新歷史數(shù)據(jù)，只更新有效監(jiān)測數(shù)據(jù)為實(shí)時計算數(shù)據(jù)。采集終端只向采集處理器發(fā)送有效監(jiān)測數(shù)據(jù)。

經(jīng)過上述處理，達(dá)到了冗余過濾過渡過程中產(chǎn)生的監(jiān)測干擾數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

4 數(shù)據(jù)通信處理機(jī)制

①采集處理器與微機(jī)監(jiān)測站機(jī)。上電啟動時，站機(jī)發(fā)起請求通信幀，如果通信連接正常，則采集處理器回復(fù)通信應(yīng)答允許幀，由此建立通信連接。站機(jī)定時3s向采集處理器發(fā)送心跳幀，監(jiān)控通信連接狀態(tài)，同時，向采集處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)幀里含有系統(tǒng)時間，采集處理器可根據(jù)此系統(tǒng)時間數(shù)據(jù)設(shè)計為定點(diǎn)校時[5]。采集處理器每隔250ms向站機(jī)發(fā)送一次全部電碼化和軌道電路區(qū)段監(jiān)測參數(shù)值。②采集處理器與采集終端。采集處理器通過CAN總線通信，采用輪詢機(jī)制逐個訪問采集終端，在1s時間周期內(nèi)將所有采集終端輪詢一遍[6]。采集終端只有在接收到輪詢命令之后，才啟動CAN數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，將采集數(shù)據(jù)通過CAN總線通信發(fā)送給采集處理器。CAN總線通信設(shè)計為250Kbps的波特率。

5 結(jié)語

ZPW-2000G監(jiān)測子系統(tǒng)為ZPW-2000G電碼化和無絕緣移頻自動閉塞軌道電路的專用配套軌道區(qū)段參數(shù)值的監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對每個軌道區(qū)段重要電氣參數(shù)的采集和計算，按照與微機(jī)監(jiān)測站機(jī)通信協(xié)議將所有區(qū)段的參數(shù)統(tǒng)一由采集處理器將數(shù)據(jù)組包后，通過以太網(wǎng)接口或RS422串行接口傳輸給微機(jī)監(jiān)測站機(jī)[7]。在軌道區(qū)段狀態(tài)發(fā)生變化的過程中，經(jīng)采集和計算后的監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)過渡性異常數(shù)據(jù)的概率很高，之后又恢復(fù)正常，為了使監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定可靠的應(yīng)用效果，需要采取針對過渡過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)冗余過濾技術(shù)手段，完成了將站場管轄的全部ZPW-2000G軌道區(qū)段的電氣參數(shù)值（包含模擬量和開關(guān)量）進(jìn)行采集計算，采用冗余過濾的數(shù)據(jù)處理措施保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性，并定時向微機(jī)監(jiān)測站機(jī)發(fā)送全部軌道區(qū)段的參數(shù)值，以便電務(wù)部門通過微機(jī)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程查詢到每個站場的每個軌道區(qū)段的電氣參數(shù)值。

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